ANSYS在稀土永磁同步电机转子设计中的应用

微电机2006年第39卷第l期(总第148期) ANSYS在稀土永磁同步电机转子设计中的应用 严静妮，窦满峰，张敏 (西北工业大学，西安710072) 摘 要：在稀土永磁同步电动机(REPMSM)转子结构设计中，应用ANSYS软件进行辅助设计、分析，设计结果准 确、直观，可以缩短设计周期。 关键词：稀土永磁同步电动机；ANSYS软件；永磁转子设计；电磁分析 中图分类号：TM35lTM341文献标识码：A 文章编号：100卜6848(2006)01一0040—02 ApplicationofANSYSonRare—earthPMSMRotorStructureDesign YANJing—ni，DouMan—feng，ZhangMin (NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China) ABSTRACT：Inthispaper，therotorstructuredesignofaRare—earthpermanentmagnetsynhronousmotoris analyzedbyANSYS．Analysisresultsareveryintuitionsistandexact．Thecharacteristicsareimportantfor optimizingrotordesignandreducingthepermanentmagnetconsume，alsocanshortenthecircularperiodofdesign andanalysis． KEYWoRDS：REPMSM；ANSYS；Rotordesign；Electromagnetismanalysis 0引 言 1构建模型 稀土永磁同步电机(REPMSM)在同功率电机 中具有体积小、重量轻、制造成本低、热稳定性好和 寿命长等优点，使其在国民生产中应用前景日益广 泛。REPMSM的转子结构是核心，要求转子冲片具 有整体性、简单性，并能充分提高永磁体的利用率。 稀土永磁体一般放置在转子上，为锵决起动问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，转 子上还装有鼠笼条，而起动性能主要取决于鼠笼条。 选择合格的转子结构形式，在保证稀土永磁同步电 动机起动性能的前提下，提高力能指标，减小稀土永 磁体用量，是稀土永磁同步电机设计的主要任务。 ANSYS是通用的有限元分析软件之一。只要 将电机模型输入ANSYS就可进行求解，通过后处 理得到磁密分布、磁场分布、磁场强度分布、电磁力 分布及转矩分布的彩色云图和单元列 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ，非常直观、 明了并且计算精度很高。 利用ANSYS8．o的Multiphysics模块对所设 计1台REPMSM的二维静态磁场进行仿真分析， 从中可以准确、直观地看到转子磁路设计的效果。整 个分析过程可分为构建模型、施加载荷、求解和后处 理3部分。 收稿日期：2005—10—09 —40一 在建模过程中，首先建立电机转子结构的几何 模型，设置材料参数和单元类型，最后划分网格，形 成有限元模型。 1．1建立几何模型 首先进入MainMenu>Preferences，选择与电 磁分析相关的关键字以过滤图形用户界面。这样可 简化图形用户界面，仅只显示与电磁分析相关的内 容。ANSYS提供图形用户界面和命令流两种方式， 本文采用简单、方便的图形用户界面来进行分析。设 置作业名为FXl，标题为静磁场分析，采用直角坐 标系、国际单位制。利用ANSYS提供的图形用户界 面根据电机的相关尺寸，建立的二维模型如图1所 示。 1．2边界相连 使用GLUE操作保证所有区域边界粘接，以便 在划分网格时相邻区域共节点，从而使解收敛。此时 不同区域显示不同颜色，模型如图2所示。 1．3定义材料 各种材料的性能设置如下： 万方数据 圆盘型非接触超声波马达定子的有限元分析杨斌刘景全周广华 陈迪 方华斌蔡炳初 图l建立几何模型图2执行GLUE操作后的图形 1)定、转子冲片材料：DW310一35，输人该材料 的B—H曲线。 2)鼠笼条材料：铸铝，相对磁导率：1．oo002；电 阻率：3E—009。 3)定子绕组：铜，相对磁导率：o．999983；电阻 率：18E—009。 4)空气：相对磁导率：1．oo。 5)磁钢(y轴方向充磁，N极向上)：N一33SH， 相对磁导率：1．002；矫顽力：X轴：o；y轴：8．9E+ 009A／m：z轴：o。 6)磁钢(N极偏左)：N一33SH，相对磁导率： 1．002；矫顽力：X轴；一8．2693E+005A／m；y轴： 3．0098E+005A／m；z轴：o。 7)磁钢(N极偏右)：N一33SH，相对磁导率： 1．002；矫顽力：X轴：8．2693E+005A／m；y轴： 3。0098E+005A／m；Z轴：O。 1．4指定区域材料属性和划分单元类型 根据区域的不同，把定义的材料和单元分配给 适当的区域。所有区域均取PLANEl3单元，电机的 不同组成部分赋予相应材料。 1．5划分网格 采用MESHT00L里的智能划分网格，精度为 2，网格形式为三角形和自由形式，生成如图3所示 网格。至此建模过程结束，进入求解阶段。 图3网格划分 2施加载荷、求解 分析的是二维静态磁场，且为永磁电机。要得到 的是永磁体在电机中形成磁场状况，故无须加载。边 界取外边界线，这样通量将平行于边界，如图4所 示。 点击solution>Elcctrmagnet>staticAnalysis —Opt&Sol，进行求解。求解结束后进人后处理阶 段，查看结果。 3后处理及其分析 在后处理部分，可获得磁场分析结果。图5所示 为通量线分布，显示的线条数为100。图6所示为磁 通量密度分布云图。图7所示为磁通量密度矢量分 布图。 图4施加边界条件 图5通量线结果 图6磁通量密度云图 图7磁通量密度矢量分布图 由图5、图6可见，磁力线密度大的点在X轴 上，隔磁槽靠近圆心处呈红色，磁通量密度最大，说 明此处漏磁大，同时隔磁槽另一端也有红点，也有少 许漏磁。 4结 论 利用ANSYS软件对一台REPMSM样机进行 静磁场数值计算。所介绍的步骤和 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 简洁明了地 验证了转子结构的设计效果，有助于近一步地优化 设计。 (下转第65页) 一4】一 万方数据 无位置传感器无刷直流电动机控制新方法谢宝昌 MountPerma啦ntMagnetAC(PMAC)MotorsatLow speeds[J]．conferenceIEEE14thAppliedPowerElectronics． 1999，1219—1225． 作者简介：谢宝昌(1965一)，男，副教授，研究方向为电 机控制技术、故障诊断和CAD技术。 篁鲨堑篁篁望箜篁鳖鳖笙鳖望篁篁鲨鳖鲨望望鳖篁箜箜篁鳖望鳖篁箜鳖箜鳖篁篁篁箜篁望望望颦鳖望箜箜篁望望堑 (上接第44页) [3]JunhuiHu．TohgoYamazaki．KentaroNakamra．AnaIysesof 特性[J]．陕西师范大学学报，1999。27(3)：45～49． [4] [5] anultrasonicmotordrivingfluidd；rectIy[J]．Jpn．J．Appl． Phys，1995，34(5)：2702～2706， junhui}{u．KentaroNakamra．SadaukiUeha．Ananalysisofa noncontactuhrasonicmotorwithanultrasonicalIylevitated rotor[J]．ultrasonics．1997．(35)：459～467． 张光斌，林书玉．气介式弯曲振动挟能器的辐射声压及其指向 [6]uehas．ultrasonicmotorstheoryandapplications[J] ClarendonPressoxford．1993． 作者简介：杨斌(1977一)，男，博士生，从事超声压电微 马达的理论和实验研究。 篁望望望望望里望望箜望望望望望笪望鳖望望篁望塑箜篁望盟望盟箜箜望望望堑鲎箜望堑望望望望鲎望箜鲎望望堑 (上接第34页) 系统在空载启动时，经过o．18秒，对应的电机 A相电流、转矩及电机各相合成转矩和转速波形如 图8所示。可以看出，由于参考电流的限幅作用，相 电流没有迅速上升(电流过大会引起功率变化器 IGBT损坏)。且系统基本没有超调，响应速度很快。 图9负载变动时电流和转速波形 进入稳态后，负载由1N·m突变为4N·m，得 到A相电流和转速波形，如图9所示。由图示波形 可见，当负载突变后，通过PI调节系统能迅速地调 整稳定下来，误差较小，抗干扰性能好。 5 结 论 在介绍双凸极永磁电机工作原理基础上，应用 Matlab／Simulink软件建立系统调速模型，通过速 度反馈构成一个闭环调速系统。仿真结果表明，系统 启动、稳态运行及动态运行状况良好，为实际电机控 制系统的设计和调试提供了新的思路，方便今后对 DSPM调速系统进行控制算法的进一步深入研究。 参考文献 [1]薛定字．陈阳泉．基于Matlab／simulink的系统仿真技术与应 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计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 中“高速高效防爆稀土永磁电机研究”项目的部分内容。论文紧紧围绕高速高效增安型防爆稀土永磁同步电动 机的设计，对高速(两极)稀土永磁同步电动机的转子结构、电磁场和增安型电机的关键防爆参数tE时间等方面进行了深入的研究，并完成了一台两极增 安型稀土永磁同步电动机的设计、起动性能仿真和性能测试试验等。本文的主要研究成果如下： 1、对稀土永磁同步电动机的转子结构进行了深入系统地探讨，针对两极转子的特点，提出一种新的两极转子结构，并运用Ansys软件对其做了静态 电磁场的仿真，结果表明这种结构漏磁小、磁路分布好。 2、结合瓦片形磁钢在稀土永磁直流电机上的应用，对影响电机可靠性的主要因素——瓦片形磁钢与外壳粘接结构进行探讨，仿真了粘结结构的应力 分布，并提出一种抗冲击性能良好、可靠性较高的粘接结构。该结构的抗冲击性能在一台样机上得到验证。最后提出改善磁钢与外壳粘结质量的措施。 3、针对增安型稀土永磁同步电动机的关键防爆参数tE时间，综合考虑了集肤效应和散热等因素，提出一套转子tE时间的理论计算方法，并在一台增 安型样机进行计算，计算值与试验值接近，验证该计算方法的正确性。此外，针对两极电机的设计特点，研究了电机的主要设计参数对增安型稀土永磁 同步电动机tE时间的影响，并进一步 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出有利于延长两极增安型稀土永磁同步电动机的tE时间、降低转子温升的方法。 4、设计开发了一台高速高效增安型稀土永磁同步电动机，并对其进行了性能仿真和测试。结果表明，样机的起动性能能够满足实际需要，电机效率 和功率因数达到设计指标，防爆参数tE合格。 引证文献(3条) 1.刘豪.朱更辉 基于ANSYS的无槽永磁直线同步电动机磁场分析[期刊论文]-煤矿机电 2009(3) 2.赵南南.刘卫国 基于MagNet的高功率密度无刷直流电动机电磁设计[期刊论文]-电机与控制应用 2008(1) 3.严静妮 高速高效防爆稀土永磁同步电机研究[学位论文]硕士 2006 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wdj200601012.aspx 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